CN109899779A - 一种等离子低氮燃烧装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种等离子低氮燃烧装置与方法。该装置包括低氮燃烧装置和等离子体系统，所述等离子体系统包括等离子体发生器和离子浆收集槽，离子浆收集槽设置在等离子体发生器出口处，低氮燃烧装置通过管道连接燃料罐，燃料罐还与等离子体发生器连接，离子浆收集槽与低氮燃烧装置出气口通过管道并联后与反应器连接，所述的反应器上设置有出气口；该方法主要包括通入燃气、一次配风、二次配风、气体等离子化、无害化处理、气体排出六个步骤。本发明提供的装置结构简单，等离子体直接参与反应，降低了NOx的排放；采用该装置的等离子低氮燃烧方法，多级配风方式能抑制NO_X的生成，离子浆作为介质参与反应，降低能耗，反应效率提高，节能环保。

Description

一种等离子低氮燃烧装置与方法

技术领域

本发明专利属于低氮燃烧技术领域，具体涉及一种等离子低氮燃烧装置与方法。

背景技术

目前，NO_X排放的技术措施按作用位置可分为两大类，第一类为炉内脱硝，及通过各种技术手段，控制燃烧过程来降低NO_X的排放，第二类是尾部脱销，是把尾部烟气中生成的NO_X还原。现有技术中，大多采用低氮燃烧技术和烟气脱硝的方式降低NO_X的排放，但低氮燃烧技术又存在不同，NO_X排放浓度差别也很大。

等离子低氮燃烧技术是利用等离子体在燃烧器内直接点燃煤粉，可以节约大量的锅炉启动用油。采用该技术的等离子体煤粉燃烧器在实现煤粉内燃的同时，与空气整体的低氮燃烧技术相结合，可以在不降低锅炉效率的前提下，大幅度降低锅炉NOx的排放，但现有的等离子低氮燃烧技术产生反应区温度高达1500℃，低氮燃烧装置内还残留有部分NO_X排出体系，造成较为严重的环境污染，既造成能源浪费，又不利于环境友好。

发明内容

本发明专利要解决的技术问题是：本发明提供一种等离子低氮燃烧装置，结构简单，等离子体直接参与反应，降低了NOx的排放；采用该装置的等离子低氮燃烧方法，等离子体直接参与反应，多级配风方法能抑制NO_X的生成，并与离子浆反应进行无害化处理，节能环保。

本发明专利解决其技术问题采用的技术方案如下：一种等离子低氮燃烧装置，包括低氮燃烧装置和等离子体系统，所述的低氮燃烧装置与等离子体系统通过管道并联设置；所述等离子体系统包括等离子体发生器和离子浆收集槽，离子浆收集槽设置在等离子体发生器出口处，所述的低氮燃烧装置通过管道连接燃料罐，燃料罐还与等离子体发生器连接，所述的离子浆收集槽与低氮燃烧装置出气口通过管道并联后与反应器连接，所述的反应器上设置有出气口；

所述的低氮燃烧装置包括第一配风系统和第二配风系统，所述的第一配风系统由第一送风管、氧气检测系统组成；所述的第二配风系统由第二送风管、第三送风管、燃气检测系统组成。该装置采用多级配风与低氧燃烧过程，扩大了还原气氛区和还原燃烧区，弥补了煤炭的分布和NOx针对性不足的缺点，总体上加大了还原量和抑制焦炭NOx产生；体系中增加第三送风管，通过燃气检测系统判断是否需要引入CO和H₂用于还原生成的NO_X，避免体系残留的NO_X对环境造成污染；首次将等离子体发生器作为反应装置，在此装置内产生的离子浆参与反应，进一步提高了反应效率，极大程度上控制了NO_X的产生，对环境污染小，环保。

进一步的，所述的低氮燃烧装置前端口管道上设置有第一流量计，第一送风管上设置有第二流量计，所述的第二送风管上设置有第三流量计，第三送风管上设置有第四流量计，等离子体发生器前端管道上设置有第五流量计。流量计的设置可以精准控制燃料罐中的可燃性气体与空气的配比，进一步抑制体系中NOx的生成，同时可以避免在第三送风管所需的CO和H₂所需量过多，造成资源浪费，节能。

一种等离子低氮燃烧方法，包括以下步骤：

步骤1：通入燃气，可燃性气体CO、H₂分别进入低氮燃烧装置和等离子体发生器中，气流量通过设置的第一流量计和第五流量计控制流速；

步骤2：一次配风，可燃性气体CO、H₂在填充有煤的低氮燃烧装置中进行一次配风，空气鼓入量由第二流量计控制，燃气在体系中燃烧情况由氧气检测系统检测；

步骤3：二次配风，根据氧气检测系统反馈情况，调节第二送风管上的第三流量计；燃烧装置体系内含氧量由燃气检测系统检测，若燃气检测系统监测氧气量过少，调节第三流量计开度，保证氧气通量；若燃气检测系统监测氧气量过多，调节第三送风管上的第四流量计开度，鼓入部分可燃性气体CO、H₂；

步骤4：气体等离子化，所述的可燃性气体CO、H₂在等离子体发生器中等离子化，产生的等离子体进入离子浆收集槽，离子浆收集槽中的离子浆主要包括H⁺、e、H、CO；

步骤5：无害化处理，步骤3产生的气体主要有H₂O、CO₂和NO，所述的NO与等离子浆在反应器发生反应生成无害化气体N₂；

步骤6：气体排出，步骤5无害化处理过的气体经出气口排出。

该等离子低氮燃烧方法采用二级配风方式，一次配风鼓入少量氧气，是燃气在贫氧状态下燃烧，从而生成部分NO_X，二次配风提供氧气及部分CO和H₂还原生成的NO_X，燃烧后生成的微量NO在离子浆收集槽中的离子浆作用下反应，反应方程如下：

进一步的，所述的可燃性气体气流方向与第一送风管、第二送风管中空气气流方向为逆向碰撞，第一配风系统和第二配风系统采用二元流碰撞理论，燃气在燃烧过程中关于空气发生逆向二元流碰撞，燃气与空气接触面增大，保证燃料在贫氧情况下也能与空气反应完全。

进一步的，所述的反应器内温度不超过1200℃，由于离子浆作为介质参与反应，提高了反应效率，且现有技术中反应温度需高达1500℃，采用该方法大幅降低反应器内所需的温度，既节约能源，又提高了安全系数。

进一步的，所述的步骤2鼓入空气量不超过可燃性气体和煤炭不完全燃烧所需空气的一半，控制一次配风所需的空气量，保证燃气在贫氧状态下燃烧，以及NO_X的生成。

本发明专利的有益效果是：采用上述方案，等离子低氮燃烧装置采用多级配风与低氧燃烧过程，扩大了还原气氛区和还原燃烧区，弥补了煤炭的分布和NOx针对性不足的缺点，总体上加大了还原量和抑制焦炭NOx产生；体系中增加第三送风管，通过燃气检测系统判断是否需要引入CO和H₂用于还原生成的NO_X，避免体系残留的NO_X对环境造成污染；首次将等离子体发生器作为反应装置，在此装置内产生的离子浆参与反应，进一步提高了反应效率，极大程度上控制了NO_X的产生，对环境污染小，环保；流量计的设置可以精准控制燃料罐中的可燃性气体与空气的配比，进一步抑制体系中NOx的生成，同时可以避免在第三送风管所需的CO和H₂所需量过多，造成资源浪费，节能。等离子低氮燃烧方法采用二级配风方式，一次配风鼓入少量氧气，是燃气在贫氧状态下燃烧，从而抑制NO_X的生成；第一配风系统和第二配风系统采用二元流碰撞理论，燃气在燃烧过程中关于空气发生逆向二元流碰撞，燃气与空气接触面增大，保证燃料在贫氧情况下也能与空气反应完全；离子浆作为介质参与反应，提高了反应效率，降低反应所需的温度，既节约能源，又提高了安全系数。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明专利前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

图1为本发明专利结构示意图；

其中：1为燃料罐，2为低氮燃烧装置，21为第一送风管，22为氧气检测系统，23为第二送风管，24为第三送风管，25为燃气检测系统，3为等离子体发生器，4为离子浆收集槽，5为反应器，61为第一流量计，62为第二流量计，63为第三流量计，64为第四流量计，65为第五流量计，7为出气口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1所示，一种等离子低氮燃烧装置，包括低氮燃烧装置2和等离子体系统，所述的低氮燃烧装置2与等离子体系统通过管道并联设置；所述等离子体系统包括等离子体发生器3和离子浆收集槽4，离子浆收集槽4设置在等离子体发生器3出口处，所述的低氮燃烧装置2通过管道连接燃料罐1，燃料罐1还与等离子体发生器3连接，所述的离子浆收集槽4与低氮燃烧装置2出气口通过管道并联后与反应器5连接，所述的反应器5上设置有出气口7；所述的低氮燃烧装置2包括第一配风系统和第二配风系统，所述的第一配风系统由第一送风管21、氧气检测系统22组成；所述的第二配风系统由第二送风管23、第三送风管24、燃气检测系统25组成。

所述的低氮燃烧装置2前端口管道上设置有第一流量计61，第一送风管21上设置有第二流量计62，所述的第二送风管23上设置有第三流量计63，第三送风管24上设置有第四流量计64，等离子体发生器3前端管道上设置有第五流量计65。

一种等离子低氮燃烧方法，包括以下步骤：

步骤1：通入燃气，可燃性气体CO、H₂分别进入低氮燃烧装置2和等离子体发生器3中，气流量通过设置的第一流量计61和第五流量计65控制流速；

步骤2：一次配风，可燃性气体CO、H₂在填充有煤的低氮燃烧装置2中进行一次配风，空气鼓入量由第二流量计62控制，鼓入空气量为可燃性气体和煤炭燃烧不完全燃烧所需空气的一半，燃气在体系中燃烧情况由氧气检测系统22检测；所述的可燃性气体气流方向与第一送风管21空气气流方向为逆向碰撞；

步骤3：二次配风，根据氧气检测系统反馈情况，调节第二送风管23上的第三流量计63；燃烧装置体系内含氧量由燃气检测系统25检测，若燃气检测系统25监测氧气量过少，调节第三流量计63开度，保证氧气通量；若燃气检测系统25监测氧气量过多，调节第三送风管24上的第四流量计64开度，鼓入部分可燃性气体CO、H₂；所述的可燃性气体气流方向与第二送风管23空气气流方向为逆向碰撞；

步骤4：气体等离子化，所述的可燃性气体CO、H₂在等离子体发生器3中等离子化，产生的等离子体进入离子浆收集槽4；

步骤5：无害化处理，步骤3产生的气体主要有H₂O、CO₂和NO，所述的NO与等离子浆在反应器5中发生反应，生成无害化气体N₂，所述的反应器内温度不超过1200℃；

步骤6：气体排出，步骤5无害化处理过的气体经出气口7排出。

以上述依据本发明专利的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明专利技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明专利的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种等离子低氮燃烧装置，其特征在于：包括低氮燃烧装置和等离子体系统，所述的低氮燃烧装置与等离子体系统通过管道并联设置；所述等离子体系统包括等离子体发生器和离子浆收集槽，离子浆收集槽设置在等离子体发生器出口处，所述的低氮燃烧装置通过管道连接燃料罐，燃料罐还与等离子体发生器连接，所述的离子浆收集槽与低氮燃烧装置出气口通过管道并联后与反应器连接，所述的反应器上设置有出气口；

所述的低氮燃烧装置包括第一配风系统和第二配风系统，所述的第一配风系统由第一送风管、氧气检测系统组成；所述的第二配风系统由第二送风管、第三送风管、燃气检测系统组成。

2.如权利要求1所述的一种等离子低氮燃烧装置，其特征在于：所述的低氮燃烧装置前端口管道上设置有第一流量计，第一送风管上设置有第二流量计，所述的第二送风管上设置有第三流量计，第三送风管上设置有第四流量计，等离子体发生器前端管道上设置有第五流量计。

3.一种等离子低氮燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通入燃气，可燃性气体CO、H₂分别进入低氮燃烧装置和等离子体发生器中，气流量通过设置的第一流量计和第五流量计控制流速；

步骤2：一次配风，可燃性气体CO、H₂在填充有煤的低氮燃烧装置中进行一次配风，空气鼓入量由第二流量计控制，燃气在体系中燃烧情况由氧气检测系统检测；

步骤3：二次配风，根据氧气检测系统反馈情况，调节第二送风管上的第三流量计；燃烧装置体系内含氧量由燃气检测系统检测，若燃气检测系统监测氧气量过少，调节第三流量计开度，保证氧气通量；若燃气检测系统监测氧气量过多，调节第三送风管上的第四流量计开度，鼓入部分可燃性气体CO、H₂；

步骤4：气体等离子化，所述的可燃性气体CO、H₂在等离子体发生器中等离子化，产生的等离子体进入离子浆收集槽；

步骤5：无害化处理，步骤3产生的气体主要有H₂O、CO₂和NO，所述的NO与等离子浆在反应器发生反应生成无害化气体N₂；

步骤6：气体排出，步骤5无害化处理过的气体经出气口排出。

4.如权利要求3所述的一种等离子低氮燃烧方法，其特征在于：所述的可燃性气体气流方向与第一送风管、第二送风管中空气气流方向为逆向碰撞。

5.如权利要求3所述的一种等离子低氮燃烧方法，其特征在于：所述的反应器内温度不超过1200℃。

6.如权利要求3所述的一种等离子低氮燃烧方法，其特征在于：所述的步骤2鼓入空气量不超过可燃性气体和煤炭不完全燃烧所需空气的一半。